Sua próxima casa pode ser alimentada por fundações de supercapacitores de concreto, dizem os pesquisadores

Feb 04, 2024

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade de Harvard criaram uma nova abordagem para o armazenamento em massa de energia renovável: transformar cimento e carbono em supercapacitores, no lugar de baterias de íons de lítio e de polímero de lítio ambientalmente problemáticas.

“O material [usado] é fascinante”, diz o co-autor Admir Masic, professor do MIT, sobre o projeto da equipe, “porque você tem o material artificial mais usado no mundo, o cimento, que é combinado com carbono preto, esse é um material histórico bem conhecido - os Manuscritos do Mar Morto foram escritos com ele. Você tem esses materiais com pelo menos dois milênios de idade que quando você os combina de uma maneira específica você obtém um nanocompósito condutor, e isso é quando as coisas ficam realmente interessantes."

Por “interessante”, Masic significa “funcional”: o que a equipe criou, através de uma combinação de cimento, negro de fumo e água, é um material que atua como um supercapacitor para armazenamento de energia elétrica. Produzido em escala e com baixo custo, o material poderia substituir o concreto simples em uma série de projetos de construção — sendo usado nas fundações de uma casa, por exemplo, e fornecendo armazenamento suficiente para um dia inteiro de uso de energia, de acordo com o estimativas da equipe.

Os supercapacitores de cimento são surpreendentemente fáceis de fabricar: uma mistura de cimento, água e até 10% de negro de fumo é misturada e curada, formando uma rede de material condutor dentro do bloco sólido. A imersão em cloreto de potássio fornece o eletrólito necessário para transformar o bloco em um eletrodo; dois desses eletrodos separados por ar ou outro isolante os transformam em um supercapacitor funcional.

"Você pode ir de eletrodos de 1 milímetro de espessura para eletrodos de 1 metro de espessura", observa o co-autor Franz-Josef Ulm, professor do MIT, "e fazendo isso basicamente você pode dimensionar a capacidade de armazenamento de energia da iluminação de um LED por alguns segundos, para alimentar uma casa inteira."

Nos testes, a equipe conseguiu produzir supercapacitores de cimento compactos medindo 1cm de diâmetro e 1mm de espessura (cerca de 0,4" e 0,04", respectivamente), que poderiam ser carregados até 1V e usados ​​em série para acionar um LED de 3V. O próximo passo: dimensionar a tecnologia para o tamanho de uma bateria de carro e depois para uma variante em escala doméstica medindo 45 metros cúbicos (cerca de 45 jardas cúbicas) que poderia armazenar 10 quilowatts-hora (kWh) de energia.

A equipe também propôs o concreto para uso em estradas, armazenando energia de painéis solares à beira da estrada e emitindo-a através de sistemas de energia sem fio para carregar automaticamente veículos elétricos enquanto eles viajam. É até possível usar o material para aquecimento: aplicar eletricidade à mistura de concreto carbono aquece-a.

O trabalho da equipe foi publicado nos Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), em termos de acesso aberto; nenhum cronograma foi fornecido para comercialização.